王 斌， 楊彥軍， 董 秀， 李滿有， 沈笑天， 曹立娟， 蘭 劍*

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏彭陽縣草原工作站， 寧夏 固原 756500)

紫花苜蓿(Medicagosativa)作為一種優(yōu)良的多年生豆科牧草，粗蛋白含量高、營養(yǎng)豐富、適口性好、根系發(fā)達(dá)、固土護(hù)坡能力強(qiáng)，長期以來，在寧夏半干旱區(qū)大面積種植，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，為該區(qū)域畜牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)發(fā)揮了重要作用[1-3]。然而，6～7年后苜蓿草地開始退化，植株高度降低、植被稀疏、分枝數(shù)減少，進(jìn)而影響紫花苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)。草地補(bǔ)播是更新、復(fù)壯草地的有效措施之一[4-7]，能大幅度提高草地生產(chǎn)力[8-10]，改良退化草地。

目前，補(bǔ)播技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。美國懷俄明州東部短草區(qū)補(bǔ)播草木樨(Melilotussuaveolens)后，產(chǎn)草量比不補(bǔ)播的草地增加140%[11]，牧草品質(zhì)大為改善;蘇日娜[12]在赤峰市使用松土補(bǔ)播機(jī)補(bǔ)播了披堿草(Elymusnutans)，當(dāng)年增產(chǎn)14.69%，第2年增產(chǎn)44.04%，第3年增產(chǎn)71.14%；楊增增等[13]在退化草地上補(bǔ)播垂穗披堿草(Elymusnutans)、中華羊茅(Festucasinensis) 和冷地早熟禾(Poacrymophila)，植被蓋度，地上、地下生物量都顯著上升；劉欣等[14]對柴達(dá)木盆地松葉豬毛菜(Salsolacollina)礫石荒漠草地進(jìn)行補(bǔ)播試驗(yàn)，改良草地效果明顯，產(chǎn)草量提高了4.97～6.22倍；張曉華等[15]在巴林左旗草原退化特別嚴(yán)重的地帶補(bǔ)播了老芒麥(Elymussibiricus)、披堿草、冰草(Agropyroncristatum)和羊草(Leymuschinensis)，結(jié)果表明，補(bǔ)播不僅不會破壞原生植被，還可提高產(chǎn)量和覆蓋率。因此，補(bǔ)播對改良退化天然草原效果明顯，但鮮見退化苜蓿草地補(bǔ)播方面的研究報(bào)道。針對寧夏半干旱區(qū)苜蓿草地大規(guī)模退化，本研究以7齡苜蓿草地為研究對象，補(bǔ)播多年生黑麥草(Loliumperenne)、披堿草、葦狀羊茅(Festucaarundinacea)、無芒雀麥(Bromusinermis)、鴨茅(Dactylisglomerata)，探討該區(qū)域退化苜蓿草地適宜補(bǔ)播的禾草種類，為改良退化苜蓿草地提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在寧夏回族自治區(qū)隆德縣神林鄉(xiāng)觀音村進(jìn)行。試驗(yàn)地位于105°48′～106°15′E，35°21′～35°47′N，海拔2 100 m，屬中溫帶季風(fēng)區(qū)半濕潤半干旱氣候，年均降水量為766.0 mm，年均氣溫5.6℃，平均日照時數(shù)2 303.5 h，無霜期125 d。該地區(qū)苜蓿草地有明顯斑塊，且苜蓿覆蓋度低于60%～70%，牧草品質(zhì)下降，苜蓿產(chǎn)量下降30%左右，屬于中度退化草地。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料均由北京百斯特草業(yè)有限公司提供，如表1所示。

表1 材料信息Table 1 Material information

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)6個處理，分別為：不補(bǔ)播(CK)、補(bǔ)播多年生黑麥草、垂穗披堿草、葦狀羊茅、無芒雀麥、鴨茅，小區(qū)面積60 m2(6 m×10 m)，3次重復(fù)，18個小區(qū)，小區(qū)間距1 m。2018年4月15日，在7齡苜蓿草地上用魯耕深松機(jī)深松40 cm后撒播補(bǔ)播禾草(理論播種量為2 000?！-2)，再施肥(磷酸二銨用量150 kg·hm-2(P2O5≥12.0%)，硫酸鉀用量120 kg·hm-2(K2O≥40%))，最后淺旋10 cm，鎮(zhèn)壓。

1.4 測定指標(biāo)及方法

補(bǔ)播草地分別于2019年6月10日、2019年8月22日刈割，留茬高度為3 cm。刈割前測定以下指標(biāo)。

株高：初花期(1/10開花期)，每個小區(qū)隨機(jī)選取30株，測量紫花苜蓿從莖的最基部到最上葉頂端的距離。

分枝數(shù)：從根頸處，數(shù)其一級分枝數(shù)，每小區(qū)隨機(jī)取30株測定，取平均值。

葉莖比：每小區(qū)選30個苜蓿將莖和葉分離，于105℃殺青1 h，70℃烘48 h冷卻，稱其干重，葉莖比=葉干重/莖干重。

鮮干比：每個小區(qū)取500 g樣品樣方，稱鮮重，6次重復(fù)，放于實(shí)驗(yàn)室自然陰干后，對應(yīng)稱其干重。鮮干比=鮮草重量/陰干后草重量。

鮮草產(chǎn)量：在苜蓿初花期進(jìn)行刈割，垂直行向取6 m2樣方，每個小區(qū)重復(fù)6次，從而換算出每個小區(qū)牧草產(chǎn)量。

干草產(chǎn)量：將所采集的鮮草風(fēng)干，恒重后測量干重，折算整個小區(qū)干草產(chǎn)量。

1.5 營養(yǎng)成分測定

從每個小區(qū)隨機(jī)取300 g的混合樣品，剪成3～5 cm長，置于烘箱中在105℃烘干48 h至恒重。將烘干樣粉碎，過1 mm篩，在低溫、避光的條件下保存。參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[16]測定粗灰分(Crude ash，Ash)、粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)含量。根據(jù)中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維計(jì)算飼料相對飼喂價值(Relative feed value，RFV)，表達(dá)式為：RFV=DMI×DDM/1.29，其中：DMI (Dry matter intake)為粗飼料干物質(zhì)的隨意采食量，DMI=120/NDF；DDM (Digestible dry matter)為可消化的干物質(zhì)，DDM =88.9—0.779×ADF。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，DPS 9.01軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方差分析，顯著性分析和Duncan多重比較，并用SPSS Statistics 22.0軟件進(jìn)行主成分分析方法(PCA)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 補(bǔ)播禾草對退化苜蓿農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，除補(bǔ)播披堿草第一茬的苜蓿鮮干比和補(bǔ)播鴨茅第二茬的苜蓿株高外，補(bǔ)播禾草處理下苜蓿的株高、葉莖比、分枝數(shù)及鮮干比均高于CK處理。其中，第一茬苜蓿在補(bǔ)播葦狀羊茅處理下的株高最高，達(dá)75.71 cm，較CK高19.04 cm；第二茬苜蓿在補(bǔ)播無芒雀麥處理下苜蓿株高最高，顯著高于其他補(bǔ)播處理(P<0.05)。就葉莖比而言，兩茬苜蓿在補(bǔ)播鴨茅處理下均顯著高于其他處理(P<0.05)。第一茬苜蓿分枝數(shù)最多的是補(bǔ)播葦狀羊茅處理，其次是補(bǔ)播無芒雀麥；第二茬苜蓿分枝數(shù)最多的是補(bǔ)播鴨茅處理，其次是補(bǔ)播多年生黑麥草處理，兩者均顯著高于其他處理(P<0.05)。兩茬苜蓿的鮮干比均在補(bǔ)播多年生黑麥草處理下最大，較CK處理分別提高了0.66和0.83。

表2 補(bǔ)播禾草對退化苜蓿株高、葉莖比、分枝數(shù)和鮮干比的影響Table 2 Effects of reseeding grasses on plant height,leaf-stem ratio,branch number and fresh-dry ratio of degraded alfalfa grassland

2.2 補(bǔ)播禾草對全年干草產(chǎn)量的影響

由表3可知，補(bǔ)播禾草可顯著提高牧草產(chǎn)量(P<0.05)。第一茬牧草干草產(chǎn)量最高的為補(bǔ)播葦狀羊茅處理，其顯著高于其他5個處理(P<0.05)，達(dá)7.27 t·hm-2；CK處理下的牧草產(chǎn)量最低，為3.93 t·hm-2；二者相差3.34 t·hm-2。第二茬牧草干草產(chǎn)量最高的為補(bǔ)播多年生黑麥草處理，達(dá)7.97 t·hm2；CK處理下干草產(chǎn)量最低，為3.58 t·hm-2；二者相差4.39 t·hm-2。全年牧草的干草產(chǎn)量在補(bǔ)播葦狀羊茅處理下達(dá)最高，為14.04 t·hm-2，與CK相比，增產(chǎn)86.70%。

表3 補(bǔ)播對退化苜蓿草地干草產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of reseeding grasses on hay yield of degraded alfalfa grassland

2.3 補(bǔ)播禾草對牧草品質(zhì)的影響

由表4可知，補(bǔ)播處理對牧草的營養(yǎng)品質(zhì)有顯著影響(P<0.05)。就兩茬牧草粗灰分而言，較高的處理為補(bǔ)播多年生黑麥草、無芒雀麥和鴨茅，顯著高于其他處理(P<0.05)；第一茬、第二茬牧草粗灰分含量最低的分別是補(bǔ)播葦狀羊茅、補(bǔ)播披堿草處理，與其他處理有顯著差異(P<0.05)，且較CK分別低3.17%，1.16%。各補(bǔ)播處理顯著提高了牧草的粗蛋白含量(P<0.05)，兩茬次牧草粗蛋白含量均在補(bǔ)播鴨茅處理下最高，第一茬、第二茬分別為21.79%，22.42%，較CK分別提高了1.24和1.38倍。粗脂肪含量兩茬次最高的均為補(bǔ)播鴨茅處理，其次是補(bǔ)播披堿草、補(bǔ)播葦狀羊茅處理，補(bǔ)播鴨茅處理與其他處理差異顯著(P<0.05)。兩茬牧草的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均在補(bǔ)播鴨茅處理下最低，其次是補(bǔ)播披堿草處理。

表4 補(bǔ)播禾草對牧草品質(zhì)的影響Table 4 Effect of reseeding grasses on forage quality

2.4 不同處理間綜合評價

PCA分析能夠充分地反映牧草各指標(biāo)間起主導(dǎo)作用的綜合指標(biāo)。由相關(guān)系數(shù)矩陣(表5)可得，補(bǔ)播不同禾草處理下的9個性狀間存在不同程度的相關(guān)性，性狀間的相關(guān)性易導(dǎo)致信息重疊，為消除重疊信息的不利影響，對牧草的9個主要指標(biāo)進(jìn)行PCA分析(表6)，根據(jù)特征值大于1的原則，可提取3個主要成分，貢獻(xiàn)率分別為50.915%，30.572%，13.964%，能夠代表總體的95.452%。

第一主成分的特征值為4.582，此成分中載荷較高的有粗蛋白、粗脂肪含量，主要反映了牧草的營養(yǎng)品質(zhì)，可稱為營養(yǎng)因子。第二主成分的特征值為2.752，載荷較高的是干草產(chǎn)量、分枝數(shù)、株高，可稱為產(chǎn)量因子。第三主成分的特征值為1.257，載荷較高的是粗灰分含量，可稱為灰分因子。

將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件中，根據(jù)趙寧等[17]主成分計(jì)算模型做PCA分析，可以得出公因子值(表6)，代入Y=(50.915Y1+30.572Y2+13.964Y3)/92.767，得出補(bǔ)播不同禾草處理的綜合得分，得分最高2.220。排名依次為：鴨茅>葦狀羊茅>披堿草>多年生黑麥草>無芒雀麥>CK(表7)。

表5 相關(guān)系數(shù)矩陣Table 5 Correlation coefficient matrix

表6 各因子特征值和累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 6 Eigenvalues and cumulative contribution rates of each factor

表7 不同補(bǔ)播處理的綜合排名Table 7 Comprehensive rank of different reseeding treatments

3 討論

3.1 補(bǔ)播禾草對退化苜蓿草地生產(chǎn)性能的影響

退化苜蓿草地補(bǔ)播禾草可以明顯提高草地生產(chǎn)力。本研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)播禾草后的苜蓿株高、分枝數(shù)以及牧草的產(chǎn)量均顯著增加，主要是由于退化苜蓿草地植被稀疏、空斑率高，為補(bǔ)播的禾草提供了生長的空間[18]，改變了光在群體中的分配特點(diǎn)，使有限的環(huán)境資源得到了高效利用[19-20]，從而提高了草地牧草產(chǎn)量。同時，在退化苜蓿草地上補(bǔ)播禾草相當(dāng)于豆禾混播草地，苜蓿通常從土壤中吸收較多的鈣、磷、鎂，而禾草一般吸收較多的氮和硅，有效發(fā)揮了苜蓿和禾草對資源利用的種間互補(bǔ)效應(yīng)[21-22]，這使得兩種牧草均可從土壤礦物營養(yǎng)元素中汲取其所需養(yǎng)分，從而提高草地生產(chǎn)力。另外，苜蓿和禾草根系間交錯疊加，豐富了根系分泌物，增加了土壤有效微生物數(shù)量[23]，有利于牧草對養(yǎng)分的吸收，而禾草對氮素的吸收也可促進(jìn)苜蓿的根瘤固氮，使土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率和土壤有效養(yǎng)分含量提高，進(jìn)而促進(jìn)牧草地上部生長，以達(dá)到增產(chǎn)目的。

3.2 補(bǔ)播禾草對牧草營養(yǎng)的影響

牧草中的粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量是評定其營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)播禾草能夠顯著提高牧草的粗蛋白含量。退化苜蓿草地有大量的裸露斑塊存在，給賴草(Leymussecalinus)等雜草提供了生長空間。在收獲時，雜草會和苜蓿一起被收割，由于雜草的粗蛋白含量低于補(bǔ)播的5種禾草[24-25]，故而補(bǔ)播禾草處理的牧草粗蛋白含量高于未補(bǔ)播處理。另外，在牧草生長的過程中，苜蓿的部分氮通過地上、地下組織的分解轉(zhuǎn)移到禾草中[26-27]，從植物組織淋洗到土壤和氣態(tài)散發(fā)被禾草連續(xù)再吸收或通過菌根接觸直接轉(zhuǎn)移。同時由于禾草對固氮產(chǎn)物的利用，促使苜蓿的固氮作用增強(qiáng)[28]，提高了牧草養(yǎng)分的利用，促進(jìn)了禾草粗蛋白含量增加，從而混合牧草營養(yǎng)品質(zhì)得到一定程度的改善。

粗灰分主要為礦物質(zhì)氧化物或鹽類等無機(jī)物質(zhì)，給動物補(bǔ)充礦物質(zhì)[29]，在一定范圍內(nèi)粗灰分含量越低，牧草質(zhì)量越好[30]。補(bǔ)播多年生黑麥草、無芒雀麥和鴨茅處理下牧草粗灰分含量較未補(bǔ)播有所增加，主要原因可能是這3種禾草自身所含粗灰分含量較高，從而導(dǎo)致混合牧草的粗灰分含量增加。

酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維主要影響家畜的消化率和采食率，中性洗滌纖維含量高時，牧草適口性下降，嚴(yán)重影響家畜采食率，酸性洗滌纖維影響家畜對牧草的消化率[31]。本試驗(yàn)中，牧草NDF，ADF含量在補(bǔ)播多年生黑麥草、葦狀羊茅和無芒雀麥處理下高于未補(bǔ)播，而補(bǔ)播披堿草和鴨茅處理低于未補(bǔ)播，可能是由于禾草自身的生理特性導(dǎo)致同種禾草在不同地區(qū)所表現(xiàn)出來的適應(yīng)性與生產(chǎn)性能有所不同，在紫花苜蓿初花期取樣時，披堿草和鴨茅還未抽穗，收獲部分均為葉片，纖維含量少，而多年生黑麥草、葦狀羊茅、無芒雀麥此時已處于開花期，纖維含量較多。

4 結(jié)論

綜上所述，退化苜蓿草地補(bǔ)播鴨茅處理草地生產(chǎn)性能較高、牧草品質(zhì)最好，綜合表現(xiàn)第一；補(bǔ)播葦狀羊茅處理草地生產(chǎn)性能最高，綜合表現(xiàn)第二，可根據(jù)退化苜蓿草地不同改良目的可選擇不同補(bǔ)播禾草種類。